廣安龍灘水庫施工導(dǎo)流方案比選

張 濤，秦曉亮，李志偉，彭繼樂

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽550081）

1 概況

龍灘水庫位于廣安市前鋒區(qū)桂興鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址位于桂興鎮(zhèn)大店村龍灘子峽谷口，距廣安中心城區(qū)約40 km，距前鋒火車站約10 km。大壩至廣安市區(qū)有省道S304、縣道X167、XX18公路相通，渠道沿線縣道X167、縣鄉(xiāng)道XX16等道路與外界相通，對外交通較為方便。

龍灘水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、鄉(xiāng)村供水、發(fā)電等綜合利用中型水利工程，樞紐工程屬Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。水庫校核洪水位428.80 m，總庫容3010萬m3，正常蓄水位425 m，正常蓄水位以下庫容2645萬m3，死水位381 m，死庫容200萬m3，興利庫容2445萬m3。樞紐工程包括攔河大壩、壩身泄洪系統(tǒng)、取水隧洞、渠首電站及皮子槽河庫區(qū)巷道防滲工程。

攔河大壩為拋物線型碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程430.00 m，最大壩高85 m，壩頂弧長219.97 m，壩頂寬7.0 m，壩底厚21.50 m。壩身泄洪系統(tǒng)由4個溢流表孔和1個底孔組成，溢流表孔堰頂高程為425.00 m，底孔進(jìn)出口底板高程為373.00 m，出口孔口為3 m×3 m（寬×高），設(shè)置弧形工作閘門。

取水隧洞布置于大壩左岸，由取水口、隧洞、壓力鋼管等組成，引水線路全長160.46 m。取水口采用岸塔式布置，底板高程376.00 m；隧洞全長122.20 m，由上部上平段與斜井段組成，水平段長99.16 m，斜井段長23.04 m；隧洞后接壓力鋼管，主管經(jīng)岔管分出三條支管，其中兩條支管接入廠房供發(fā)電，另一條支管下放水流進(jìn)入尾水渠。

渠首電站主廠房尺寸26.5 m×10 m×12.47 m（長×寬×高），廠內(nèi)布置兩臺單機(jī)容量為0.5 MW的水輪發(fā)電機(jī)組和放水管錐形閥，機(jī)組安裝高程362.00 m。

龍灘煤礦巷道在EL310 m橫穿皮子槽河，為保證水庫蓄水后此段巷道不受滲漏影響，采用四道交叉的防滲帷幕將巷道封閉，截斷地下水向巷道滲漏的通道。在巷道左右側(cè)上方平行于巷道布置兩條灌漿隧洞，灌漿隧洞底高程330 m，每條長度均約1158 m，灌漿隧洞為城門洞型，斷面尺寸選擇為3 m×3.9 m（寬×高）。

2 導(dǎo)流方式比選

根據(jù)工程地形地質(zhì)條件、區(qū)域水文特性及樞紐工程建筑物布置對本工程導(dǎo)流方式進(jìn)行比較分析。

（1）地形、地質(zhì)條件：壩址位于龍灘子峽谷入口河段。龍灘子匯河口段地勢開闊，兩岸坡相對較緩，多有覆蓋層分布；自壩址附近進(jìn)入峽谷，兩岸坡急劇變陡。壩軸線位于河流自SWW向轉(zhuǎn)為NWW向附近，枯期河水位高程361.5 m，河水面寬12 m～18 m，水深0.2 m～1.0 m，河床寬15 m～20 m，正常蓄水位425.00 m高程時河谷寬136.0 m。

壩軸線附近出露雷口坡組第二段第一層（T2l2-1）至第三層（T2l2-3）薄～中厚層夾極薄層泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r夾鈣質(zhì)頁巖、泥巖；拱壩軸線壩基段及壩肩段均位于雷口坡組第二段（T2l2-1～2-2）地層內(nèi)，其中拱冠段緊靠兩地層分界線布置。河床覆蓋層為沖積砂、卵礫石層。

（2）水文特性：龍灘河流域?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，主汛期為5月～9月。暴雨發(fā)生在5月～10月，大暴雨多發(fā)生在6月～7月，洪水由暴雨形成，洪水與暴雨同步。

洪水流量汛期及枯期差別較大，5年一遇洪水汛期流量234 m3/s，枯期流量14.9 m3/s。

根據(jù)鄰近長灘橋水文站實(shí)測洪水資料分析，年內(nèi)最大洪水多出現(xiàn)在5月～10月，其中尤以6月～7月居多。龍灘水庫壩址以上集水面積65 km2，設(shè)計流域無實(shí)測水文資料，鄰近東灘河流域有長灘河水文站。

（3）樞紐工程由碾壓混凝土拱壩+左岸取水隧洞+左岸地面廠房組成。

綜合分析以上諸因素，由于壩址區(qū)河床狹窄，且兩岸高陡，局部近直立，采用大規(guī)模明挖山體形成明渠導(dǎo)流的方式顯然不合理，本工程壩址不具備分期導(dǎo)流和明渠導(dǎo)流的條件，宜采用圍堰一次攔斷河床、隧洞導(dǎo)流的方式。

3 導(dǎo)流時段

3.1 導(dǎo)流時段的比選

根據(jù)建筑物布置、主體工程及施工強(qiáng)度等因素分析，取水隧洞從開挖至最后完工，需歷時28個月；從導(dǎo)流工程開挖至大壩基礎(chǔ)處理、壩體澆筑、金屬結(jié)構(gòu)安裝、接觸灌漿完成、導(dǎo)流洞封堵共歷時39個月。庫區(qū)防滲工程從開始開挖至帷幕灌漿完成歷時38個月。因此本工程控制灌溉效益、機(jī)組發(fā)電工期的關(guān)鍵線路有兩條：①導(dǎo)流工程→大壩工程→下閘蓄水；②庫區(qū)防滲工程→下閘蓄水。根據(jù)本工程樞紐建筑物規(guī)模及施工總進(jìn)度分析，結(jié)合樞紐特性和工期要求，對各個時段導(dǎo)流方案進(jìn)行比較分析。

（1）采用5個月枯期時段（11月～3月）方案：為滿足施工總進(jìn)度要求，第一年11月份截流后，緊接著開始圍堰堆筑、高噴板墻施工、大壩基坑開挖、基礎(chǔ)處理、壩體混凝土澆筑至360.00 m，超過灌漿廊道頂部2.1 m。汛期來臨后河床過流，大壩停止施工，二枯時段繼續(xù)澆筑壩體。

根據(jù)施工總進(jìn)度安排，在一枯時段施工項目較多，工序繁雜，需要較長時段進(jìn)行施工。11月份截流后，需進(jìn)行圍堰堆筑及高噴板墻施工，11月底完成，月強(qiáng)度土石填筑17500 m3/月、高噴板墻2180 m/月；12月份開始基坑開挖，1月中旬完成基坑開挖，月強(qiáng)度土石方開挖29321 m3/月；1月中旬開始澆筑大壩找平混凝土，2月中旬完成找平混凝土施工，月強(qiáng)度3034 m3/月；2月中旬開始大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿，至3月中旬完成固結(jié)灌漿，月強(qiáng)度6710 m/月，隨后開始澆筑大壩。大壩從345.00 m高程施工至壩體高程360.00 m，僅0.5個月時間，需澆筑15 m，同時還要完成高程354.00 m廊道施工，難度較大，現(xiàn)有施工水平很難達(dá)到。

（2）采用6個月枯期時段（11月～4月）方案：采用6個月枯期時段方案對以下三種情況進(jìn)行分析比較。

1）一汛大壩停止施工、二枯時恢復(fù)上游圍堰：第一年11月份截流后，緊接著開始圍堰堆筑、高噴板墻施工、大壩基坑開挖、基礎(chǔ)處理、壩體混凝土澆筑至360.00 m，超過灌漿廊道頂部2.1 m。汛期來臨后河床過流，大壩停止施工。二枯時段恢復(fù)上游圍堰，繼續(xù)澆筑壩體。

大壩從345.00 m開始澆筑至壩體澆筑到壩頂高程430.00 m，跨越兩個枯期，實(shí)際可用的施工時間為8個月，可滿足施工總進(jìn)度要求。

2）一汛大壩停止施工、二枯時不恢復(fù)上游圍堰：第一年11月份截流后，緊接著開始圍堰堆筑、高噴板墻施工、大壩基坑開挖、基礎(chǔ)處理、壩體混凝土澆筑至370.00 m（滿足二枯時段擋水要求）。汛期來臨后河床過流，大壩停止施工。二枯時段采用壩體臨時斷面擋水，繼續(xù)澆筑壩體。

該方案11月份截流后，需進(jìn)行圍堰堆筑及高噴板墻施工，11月月底完成，月強(qiáng)度土石填筑17500 m3/月、高噴板墻2180 m/月；12月份開始基坑開挖，1月中旬完成基坑開挖，月強(qiáng)度土石方開挖29321 m3/月；1月中旬開始澆筑大壩找平混凝土，2月中旬完成找平混凝土施工，月強(qiáng)度3034 m3/月；2月中旬開始大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿，至3月中旬完成固結(jié)灌漿，月強(qiáng)度6710 m/月，隨后開始澆筑大壩。大壩從345.00 m高程施工至壩體高程370.00 m，僅1.5個月時間，需澆筑25 m，同時還要完成高程354.00 m廊道施工，難度較大，現(xiàn)有施工水平很難達(dá)到。另外大壩在未完成接縫灌漿時擋水水頭達(dá)到24.1 m，也是一個不利條件。

3）一汛大壩不停止施工、二枯時不恢復(fù)上游圍堰：一枯時段需要完成圍堰堆筑及防滲施工、基坑開挖、壩基處理、壩體需上升至389.90 m（調(diào)洪演算），且同時要進(jìn)行底層灌漿廊道、底孔施工，施工強(qiáng)度非常大，現(xiàn)有施工水平很難達(dá)到。

綜上分析比較，推薦一汛大壩停止施工、二枯時恢復(fù)上游圍堰方案。

（3）采用全年時段方案：全年導(dǎo)流方案采用隧洞導(dǎo)流，土石圍堰擋水，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)5年一遇（流量為234.0 m3/s），左岸導(dǎo)流洞采用城門洞型，洞徑5.0 m×7.0 m，上游水位376.50 m，上游圍堰高13.5 m。

采用全年時段導(dǎo)流，第一年11月截流后，可進(jìn)行圍堰堆筑、高噴板墻施工、壩基開挖、壩基處理、壩體澆筑，一直到下閘蓄水。大壩全年時段可進(jìn)行施工，不受汛期影響，大壩從基礎(chǔ)開挖至壩體混凝土澆筑完成施工時段為16個月，大壩工程（含導(dǎo)流工程）總工期33個月，壩體月平均上升10 m/月，施工強(qiáng)度符合目前施工水平，在可控制范圍以內(nèi)，滿足施工總進(jìn)度要求。

采用6個月枯期時段（11月～4月）方案和采用全年時段方案，施工導(dǎo)流對比見表1。

表1 6個月枯期時段導(dǎo)流和全年導(dǎo)流比較表

兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較結(jié)果如下：

1）投資：全年導(dǎo)流方案導(dǎo)流工程費(fèi)用比枯期導(dǎo)流方案增加約706萬元。

2）施工進(jìn)度及工期：根據(jù)庫區(qū)防滲工程進(jìn)度安排，庫區(qū)防滲工程工期為38個月；枯期導(dǎo)流方案在一汛（第二年5月～第二年10月共計6個月）不安排施工，第38個月月底，大壩工程、庫區(qū)防滲工程施工完成，第39個月下閘蓄水并進(jìn)行導(dǎo)流洞堵頭施工；大壩工程（含導(dǎo)流工程）工期為39個月，樞紐工程總工期39個月；關(guān)鍵線路有兩條：①導(dǎo)流工程→大壩工程→下閘蓄水；②庫區(qū)防滲工程→下閘蓄水。

全年導(dǎo)流方案在一汛安排施工，大壩工程（含導(dǎo)流工程）工期全年導(dǎo)流方案比枯期導(dǎo)流方案少6個月；大壩工程工期為33個月，庫區(qū)防滲工程工期38個月，大壩在第33個月底施工完成，至第39個月月初（待庫區(qū)防滲工程完成）才下閘蓄水并進(jìn)行導(dǎo)流洞堵頭施工；樞紐工程總工期39個月；關(guān)鍵線路一條：庫區(qū)防滲工程→下閘蓄水。

全年導(dǎo)流方案和枯期導(dǎo)流方案只對大壩（含導(dǎo)流工程）工期有影響，對整個樞紐區(qū)（含大壩、導(dǎo)流及庫區(qū)防滲工程）工期沒有影響。

3）全年導(dǎo)流方案在一汛大壩不停工，大壩施工連續(xù)性較強(qiáng)；枯期導(dǎo)流方案一枯由枯期圍堰擋水，一汛停止施工，根據(jù)施工進(jìn)度安排及強(qiáng)度分析，大壩壩體澆筑月抬升高度10.6 m/月，施工難度不大，容易實(shí)現(xiàn)。

綜合分析兩種方案優(yōu)劣，采用全年時段導(dǎo)流與采用6個月枯水時段導(dǎo)流相比較，其導(dǎo)流工程規(guī)模及投資增加較多，只對大壩工程工期有影響（大壩工程只縮短6個月工期），對整個樞紐區(qū)工期沒有影響。因此采用6個月時段較優(yōu)，本工程推薦枯期導(dǎo)流方案。

通過對上述5個月、6個月及全年三個時段導(dǎo)流進(jìn)行比較分析，推薦采用枯期6個月即11月～次年4月導(dǎo)流時段施工。

3.2 導(dǎo)流建筑物級別及洪水標(biāo)準(zhǔn)

龍灘水庫是一座以灌溉為主的水庫，該工程屬Ⅲ等中型工程。攔河大壩、取水建筑物等永久主要建筑物為3級，永久次要建筑物為4級。上游圍堰堰高6.5 m，庫容33.80萬m3，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL 303-2004）表3.2.1的有關(guān)規(guī)定，導(dǎo)流建筑物級別為5級，采用隧洞導(dǎo)流，土石圍堰擋水，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL 303-2004）第3.2.6條的規(guī)定，導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)可在5年～10年的洪水重現(xiàn)期內(nèi)選取。

本工程導(dǎo)流采用枯期導(dǎo)流，導(dǎo)流時段為11月～次年4月，洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選取洪水重現(xiàn)期為10年一遇（P=10%）和5年一遇（P=20%），相應(yīng)洪峰流量分別為31.1 m3/s和14.9 m3/s，進(jìn)行比較后選定導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)。采用左岸導(dǎo)流洞方案洞徑2.5 m×3 m進(jìn)行比較，具體參數(shù)見表2。

表2 施工洪水標(biāo)準(zhǔn)選取比較表

采用導(dǎo)流洞2.5 m×3.0 m導(dǎo)流，10年一遇和5年一遇洪水上游水位相差1.6 m，圍堰高差1.6 m；在滿足導(dǎo)流和施工要求的情況下，本著經(jīng)濟(jì)原則考慮，為節(jié)約工程投資，推薦導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇，流量14.9 m3/s。

4 結(jié)語

龍灘水庫壩址區(qū)位于龍灘河峽谷河段之中，在河流寬度較小、枯期流量不大的情況下，設(shè)計過程中根據(jù)壩址地形地質(zhì)、樞紐布置等實(shí)際情況，對導(dǎo)流方式進(jìn)行定性分析，選定導(dǎo)流方式；采用不同枯期時段、全年時段進(jìn)行比選，選定導(dǎo)流時段，進(jìn)而確定導(dǎo)流建筑物級別和洪水標(biāo)準(zhǔn)，獲得最經(jīng)濟(jì)的施工導(dǎo)流設(shè)計方案。隨著中小型水庫建設(shè)的開展，施工導(dǎo)流布置場地變得越來越小，同時人們對施工導(dǎo)流方案的經(jīng)濟(jì)性要求越來越高，本文以龍灘水庫為例，通過對比分析，選取最經(jīng)濟(jì)的施工導(dǎo)流設(shè)計方案，值得類似工程借鑒。